DE1638300C3 - Gleichspannungswandler nach dem Sperrwandlerprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler nach dem Spcrrwandlcrprinzip mit einem induktiven Speicherelement und einem Thyristor im Eingangskreis sowie mit einem besonderen Taktgeber für die Erzeugung der Zündimpulse für den Thyristor.

Es sind bereits Gleichspannungswandler nach dem Sperrwandlerprinzip bekanntgeworden, die mit einem Thyristor bzw. einem anderen steuerbaren Gleichrichter arbeiten. Derartige Gleichspannungswandler können jedoch nicht wie Transistorsperrwandler selbstschwingend ausgeführt werden, sondern bedürfen eines besonderen Taktgebers zum Zünden des Thyristors bzw. des steuerbaren Gleichrichters und einer weiteren Einrichtung, mit der der Strom durerf den Thyristor bzw. den steuerbaren Gleichrichter wieder unterbrochen wird.

Eine derartige Schaltung isi aus der deutschen Auslegeschrift 1 254 202 bekannt. An den Klemmen einer Speisespannungsquelle liegt die Reihenschaltung aus einer Magnetkemspulc und einem Thyristor. Der Ausgangskreis besteht aus einer zwischen einer Ausgangsklemme und der Magnetkernspule angeordneten Sperrdiode sowie einem parallel zu den Ausgangsklemmen angeordneten Kondensator. Der Thyristor wird durch das Signal aus einer Sleuerspannungsquelle in den leitenden Zustand versetzt, so daß aus der Speisespannungsqueile ein Strom in die Magnetkernspule fließen kann. Durch eine dem Thyristor parallelgeschaltete weitere Steuerschaltuno wird der Thyristor wieder gesperrt, wobei die Zeit,

ίο während der sich der Thyristor im leitenden Zustand befindet, durch die Elemente dieser zweiten Steuerschaltung bestimmt ist. Sobald der Thyristor sperrt, wird der durch die Magnetkernspule fließende Strom unterbrochen. Die in der Magnetkernspule gespeicherte Energie entlädt sich über die Diode und über den an den Ausgangsklemmen angeschlossenen Verbraucher; der Kondensator wirkt dabei als Siebkondensator. Wird der Thyristor in schneller Folge in den leitenden und nichtleitenden Zustand versetzt.

dann fließt von den Eingangsklemmen über die Magnetkernspule und den Siebkondensator ein Strom zu dem an den Ausgangsklemmen angeschlossenen Verbraucher.

Bei dieser genannten Schaltung wird als Energiespeicher eine Magnetkernspule verwendet. Eine andere Schaltung mit einem induktiven Energiespeicher ist in der deutschen Auslegeschrift 1 147 679 beschrieben, wobei es hieraus bekannt ist, an Stelle einer Magnelkernspule auch einen Transformator als Energiespeicher zu verwenden, wodurch eine galvanische Trennung zwischen Fineangskreis und Ausgangskreis gewährleistet ist. Bei dieser bekannten Schaltung werden zur Steuerung der Ströme ebenfalls Thyristoren eingesetzt.

Bei dem bekannten Gleichspannungswandler muß zwischen zwei Einschaltimpulsen so viel Zeit zur Verfügung stehen, daß sich die in der Magnelkernspule gespeicherte magnetische Energie entladen kann. Die Entladezeit ist dabei abhängig von der Belastung durch den Verbraucher. Wird diese Belastung zu groß, so wird die Entladezcit zu lang, und beim erneuten Zünden des steuerbaren Gleichrichters ist die Magnetkernspule noch nicht entladen. Der Strom durch den steuerbaren Gleichrichter beginnt dann nicht bei dem Wert Null, sondern bei einem höheren Wert, er steigt aber mit der gleichen Steilheit an. Beim Auftreten des Ausschaltimpulses ist er also wesentlich höher als sonst zu diesem Zeitpunkt. Das hat schließlich zur Folge, daß der steuer-

^s0 bare Gleichrichter im leitenden Zustand bleibt und ein kurzschlußähnlicher Zustand auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler mit einem induktiven Speicherelement und einem Thyristor im Eingangskreis, dessen Zündimpulse von einem besonderen Taktgeber erzeugt werden, anzugeben, bei dem mit Sicherheit verhindert wird, daß bei einer großen Belastung im Ausgangskreis durch den angeschlossenen Verbraucher der Strom im Eingangskreis /u hohe Werte annehmen kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung bc-

steht darin, daß der Taktgeber eine Doppelbasisdiode als Schaltelement aufweist, wobei die Emittcrspannung der Doppelbasisdiode die Spannung eines periodisch über einen Widerstand aufgeladenen Kon-

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densators ist und durch eine Zenerdiode begrenzt ist und wobei ihre Interbasisspannung si mittels einer vom Strom durch das induktive Speicherelement gesteuerten Transistorserialtung veränderbar ist, daß sie nicht durchschallet, solange das induktive Speicherelement entladen wird. Die Interbasisspannui,g ist neiTuiß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch eine^ Spannungsteiler bestimmt, dessen einer Teil ein Widerstand und dessen anderer Teil die Sendeschaltung eines weiteren Widerstandes und eines ;o Transistors ist. Vorzugsweise entlädt sich der die Emitterspannung der Doppelbasisdiode bestimmende Kondensator über deren Emitterbasisstrecke und erzeii'ji «> den Zündimpuls für den Thyristor, sobald seine spannung den Wert der Zündspannung der Doppelbasisdiode erreicht hat.

Im folgenden so)! an Hand der Zeichnung die Erfindung näher beschneben und erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindunusgemäßen Gleichspannung^wandlers. Als induktives Speicherelement dient ein Transformator Tr 1 mit mehreren elektrisch voneinander isolierten Wicklungen. Die Primärwicklung W 1 ist mit einem ir de über eine Diode /) 2 in Durchlaßrichtung und einen Thyristor Ty 1 in Durchlaßrichtung an den Minuspol einer Versorgungsspannungsqucllc Uli und mit dem ;ιπ(!ί·Ί " Ende an deren Pluspol angeschlossen Zwischen dem Verbindungspunkt von Thyris:;ir Ty 1 und Diode Dl und dem Pluspol der Versorgungsspannungsquclle sind in Reihe eine weitere Diode 3ⁿ D 1 in Durchlaßrichtung, eine Induktivität/, und ein Kondensator Γ 1 eingeschaltet. Die Diode /) 1 und die Induktivität L sind mit einem Thyristor Tv 2 in Sperrichtung überbrückt.

An die Sekundärwicklung W 2 des Transformators TrI sind einerseits über eine Diode D 3 die Arbeitswicklung AW und die Steuere ick lung SW eines Rücklaiifrnagnetverstärkcrs die eine Klemme eines Verbrauchers V und andererseits dessen andere Klemme angeschlossen. Zwischen letzterer und dem 4" Verbindungspunkt von Diode /) 3 und Arbeilswickliinü AW liest ein Widerstand R 4; außerdem ist zwischen ihr und dem Verbindungspunkt von .' rbeitsv.ick!ung und Steuerwicklung noch ein Siebkondensator C 2 eingeschaltet.

Der Thyristor Tv 1 erhält seine Zündimpulse von einem Taktgeber EIG. Dieser arbeitet mit einer Doppelbasisdiode DDl. deren eine Basis 1 über einen W iderstand R 2 an den Pluspol der Vcrsorgungsspannuncsqucllc und deren andere Basis 2 an das ν Ciittcr des Thyristor:; TyI angeschlossen ist. Zwischen dem Emitter der Doppelbasisdiode I)Di und dein Minuspol der Versorgungsspannungsi|ucl!e liefen in Parallelschaltung ein Kondensator C 3 und eine Zenerdiode />4; über einen Widerstand Ii 1 ist der Emitter mit dem Pluspol der Versorgungsspanmi!ii;-..!ue!1e verbunden. Der Wideband Rl bildet "isamrnen mii einem Widerstand W 3 und einem Transistor Tl einen Spannungsteiler. Dem Transistor T 1 ist ein weiterer Transistor Tl voigeschallet. de; "-über eine Diode DS von der Wicklung 1Γ 3 des Transformators Tr i angesteuert wird.

Die Zündimpulsc für den Thyristor Ty 2 werden m einem Ausschaltimpulspebcr AIG erzeugt, dei chenfall·· mit einer Doppelbasisdiode arbeitet. Li wird <>5 vom Transfon uilor T₇-I über dessen Wicklung H 4 angesteuert, die in Reihe mit einer Diode D 6, einem Ir'msktor T 3 und einem Kondensator C Λ geschal'··-

ist. Der Transistor T 3 wird von der Aiisgangsspannung Vst eines Reglers gesteuert, mit dessen Hilfe die Ausgangsspannung des Gleichspannungsv.andlers konstant gehalten wird. Je nach dem Wert der Ausga· gssp.annung Usi des Reglers ist der Transistor 7 3 mein oder weniger leitend, und entsprechend wird der Kondensator C 4 mehr oder weniger schnell aufgeladen. In Reihe zur Emiticrbasisstreckc der Doppelbasisdiode DD 2 iiegt ein Transformator Tr 2. über den die Zündimpulse für den Thyristor 1 ν 2 weile.rgeleiiet werden. Durch diesen Transformator i<t der Ausschallimpulsgeber galvanisch von der Versc.Tgungsspannung getrennt. Hin Widerstand R 5 verbindet die zweite Basis der Doppelbasisdiode mit der Diode /) 6.

Beim Einschalten de; Versorgungsspannimg wird im !:ins(.ha!ii[7ipu!sgebcr IiIG der Kondensator ("3 üi-v: den Widerstand R 1 aufgeladen, bis seine Spannung den Wert der Zündspannung der Doppelbasisdiode DDl erreicht hat. so daß diese leitend v.rd. ther die Emilterbasisstrecke der DoppelbasK.. ■ >de und die Gitterkathodensirecke des Th\ris;ors /\ I eniKidt er sieh u.iiauihin wieder, wodurch der Zündimpul·, für den i'hyrislor Iy 1 erzeugt wird ur.d dieser zündet. Nun fließt ein Strom um der \ ersnrgungNspannungsquelle durch die Primärwicklung H 1 iL-s Transformators 7 rl. gleichzeitii; Unit sieh der Kondensator C 1 über die Diode /) I und die Induktivität/. ;ii|f .^!wa doppelte VerMirgungsspam¹.¹-!:!;.¹. .., r

Waiire'.ul diesel Zeit wird im Aussi-hahiiiipukceber MG von der Wicklung W4 des Transtoimators Ir) aus übei die Dioden und den Trar.vsio; / 3 auch der Kondensator C 4 aufgeladen, wobei die 1 adestromstyrke und somit die l.adez.eu durch den Au'.s'.eueriingsgrad ties Transistors T3 besüinmt ist. Beim 1 Erreichen der Zündspannung der Doppelbasisdiode DDl wird diese leitend und gibt einen /iindimpuls an den Th% ristor 7"v2, wodurch dii--er zündet. Der Kondensator Cl entlädt sich nun über die Wicklun- ICH und die Diode Dl. Dabei wird die Kathode des Tlmistors TyI kurzzeitig positiv, der Thyristor TvT sperrt wieder, und der Strom von der Versorgunsisspannungsquelle durch die Wicklung W 1 wird wieder unterbrochen.

Der Kondensator C1 ist mach diesem Vorgang nicht entladen, sondern er ist. auf ein-: entgegengcsetz.t gepolte Spannung umgeladen worden, weil die im Transformator gespeicherte magnetische Energie sich über die Diode Dl noch weiter im den Kondensator Cl entladen hat und ein Stromfluß in umgekehrter Richtung durch the Diode verhindert wird. Beim erneuten Laden des Kondensators C 1 kommt so ein höherer Strom zustande als bei entladenem Kondensator, und die Kondcnsatorspannuns.' wird großer als vorher. Durch die Einschaltung der Diode ■''2 gewinnt man also den Vorteil, daß der Kondensator C 1 kleiner bemessen weiden kann und deshalb bil'i''er wird.

Wählend dieser Vorgänge wird die im Ί ransforma!oi /Vl gespeiehci;e magnetische Energie von der Sckur.därseite aus entladen und zum Teil vom Siebkondeiisator Cl, zum ί eil auch direkt vom Verbraucher I' aufgenommen. Die Lnlladezeit is, dabei durch die Belastung bestimmt.

Während der Entladung wird der Transistor 7 2 über die Diode 1)5 von der Wicklung W 3 aus ant'.esteiie:t. D.niüich wird der Transistor /I gesperrt

und tue Spannung an der über den Widerstand Ii 2 mit dem I'luspol der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Basis der Doppelbasisdiode steigt an. Ist der Sperrwandlcr durch den Verbraucher V normal Ivlastjt. so wird die Wicklung It'3 rechtzeitig stromlos, und die Spannung an der Basis der Doppelbasisdiode kann wieder auf den im wesentlichen durch die Widerslände R 2 und R 3 bestimmten Wert abfallen, so daß die am Kondensator C 3 auftretende Spannung die Doppelbasisdiode wieder zünden kann. Bei überlastung ist der Transformator TrI jedoch nicht rasch genug einluden, und die Spannung an der Basis bleibt auf der durch den Sperrzustand des Transistors /' 1 bestimmten Höhe. Die Spannung am limitier der Doppelbasisdiode ist durch die Zenerdiode /'4 begrenzt, sie kann also nicht beliebig ansieigen und den bei erhöhter Büsisspannung notwendigen Wert der Zündspannung nicht mehr erreichen so daß die Doppelbasisdiode nun nicht mehr /ünder kann. Auf diese Weise wird wirksam verhindert. daC der Strom im Thyristor Ty 1 zu groß wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Gleichspannungswandler nach dem Sperrwandlerprinzip mit einem induktiven Speicherelement und einem Thyristor im Eingangskreis sowie mit einem besonderen Taktgeber für die Erzeugung der Zündimpulse für den Thyristor, gekennzeichnet durch eine selbsttätige Sperreinrichtung (W3, D5, 71, Tl, R 3) von der Art, daß der Taktgeber (ElG) in der Zeit, in der das induktive Speicherelement (7> 1) entladen wird, keinen Zündimpuls abgibt.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (ElG) eine Doppelbasisdiode (DDl) als Schaltelement aufweist, deren Emitterspannung die Spannung eines periodisch über einen Widerstand (Al) aufgeladenen Kondensators (C3) ist und durch eine Zenerdiode (D 4) begrenzt ist und deren Interbasisspannung so mittels einer vcm Strom durch das induktive Speicherelement[TrI) gesteuerten Transistorschaltung veränderbar ist, daß sie nicht durchschalten solange das induktive Speicherelement entladen wird.

3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Intexbasisspannung durch einen Spannungsteiler bestimmt ist, dessen einer Teil ein Widerstand (R 'X) und dessen anderer Teil die Serienschaltung eines weiteren Widerstandes (R 3) und eines Transistors (7 l)ist.

4. Gleichspannungswandler nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Taktgebers, daß sich der die Emitterspannung der Doppelbasisdiode (DD 1) bestimmende Kondensator (C 3) über die Emitlerbasisstrecke entlädt, sobald seine Spannung den Wert der Zündspannung der Doppelbasisdiode (DDl) erreicht hat, und so den Zündimpuls erzeugt.